hệ thống là nguồn xoay chiều lấy từ cuộn đèn ở bưởng điện. Nếu dùng nguồn này để cung cấp cho mạch điều khiển và các bóng chiếu sáng sẽ phải thiết kế thêm bộ chỉnh lưu và mạch công suất để cung cấp nguồn cho các bóng nên mạch điều khiển sẽ cồng kềnh và phức tạp. Để đơn giản trong thiết kế và tăng tính ổn định cho mạch điều khiển ở đây ta lấy nguồn từ ac quy cung cấp cho mạch điều khiển và toàn bộ các bóng chiếu sáng trong hệ thống.
- Dựa trên yêu cầu làm việc của mạch điện điều khiển ta có thể xây dựng nguyên lý của mạch điều khiển thành 2 phần rõ rệt:
+ Mạch điều khiển đèn phụ khi xe vào đường vòng .
+ Mạch tự động điều chỉnh cường độ sáng của đèn pha hoặc cốt khi gặp ánh sáng của xe chạy ngược chiều chiếu vào hoặc khi có ánh sáng của đèn đường hỗ trợ.
a. Mạch điều khiển đèn chiếu sáng khi xe vào đƣờng vòng .
- Yêu cầu của mạch này là: khi xe chạy ban đêm, công tắc đèn tổng bật, bật tín hiệu xi nhan rẽ bên nào thì mạch điều khiển phải điều khiển bật đèn phụ hỗ trợ chiếu sáng góc rẽ bên đó.
- Để xây dựng mạch điện điều khiển này cần phải thiết kế mạch sao cho từ tín hiệu xung của xi nhan có thể điều khiển Mosfet mở để bật đèn hỗ trợ góc rẽ. Có nhiều phương án để thực hiện được yêu cầu đó như:
+ Phương án dùng 2 rơ le xi nhan và phải tách mạch xi nhan của xe thành 2 mạch độc lập, phương án này không khả thi vì phải thay đổi nhiều mạch điện của xe, lại phải lắp thêm một rơ le xi nhan.
+ Phương án dùng vi điều khiển và lập trình khi có tín hiệu xung điện từ công tắc xi nhan phải xuất ra điện áp để điều khiển Mosfet mở để bật đèn hỗ trợ góc rẽ, phương án này khó thực hiện trong lập trình cho vi điều khiển.
+ Phương án dùng mạch dao động R-C để tạo ra điện áp ở mức HIGH khi tín hiệu xung xi nhan ở mức LOW giúp duy trì trạng thái mở của mosfet là rất khả thi vì chỉ mất vài linh kiện đơn giản. Từ ý tưởng đó ta thiết kế mạch nguyên lý như sau:
Tín hiệu xung của công tắc xi nhan
+12V
Hình 2.10 Mạch bật đèn chiếu sáng phụ bằng tín hiệu xi nhan
Trong mạch ta sử dụng điôt D1, hai điện trở, tụ hóa một chiều và mosfet công suất với tác dụng của các linh kiện như sau:
R1, R2: hạn chế dòng và phân cực cho Mosfet
C1: Tích điện khi tín hiệu điện áp xi nhan ở mức HIGH và xả điện khi tín hiệu điện áp xi nhan ở mức LOW.
D1: ngăn không cho tụ phóng điện qua các bóng xi nhan về bản cực âm tụ khi tín hiệu điện áp xi nhan ở mức LOW.
- Để tính toán các giá trị D1, R1, R2, C1, mosfet như trên sơ đồ ta dựa vào một vài thông số sau:
+ Điện áp điều khiển mở mosfet hoàn toàn và ổn định là: UGS = 5÷8V
+ Dòng qua R1 và R2 ta lấy giá trị nhỏ khoảng vài mA để giảm phát sinh nhiệt trên R1 và R2 và tránh tổn hao điện khi bật xi nhan.
- Tính R1, R2:
Từ các thông số trên ta chọn R1=1kΩ, R2=2kΩ -> UGS = 8V, dòng qua R1 và R2 là 4mA.
- Tính C1:
đó thời gian tín hiệu điện ở mức HIGH là 1s, thời gian tín hiệu điện ở mức LOW là 1s. Chính vì vậy phải chọn tụ C sao cho trong khoảng thời gian tín hiệu điện ở mức HIGH thì tụ được nạp đầy và khoảng thời gian tín hiệu điện ở mức LOW thì tụ xả điện để duy trì điện áp điều khiển mở mosfet.
+ Khi tín hiệu điện áp xi nhan ở mức HIGH, điện áp sẽ được nạp vảo bản cực 2 bản cực của tụ, đồng thời vẫn cung cấp điện áp điều khiển để mở mosfet -> đèn phụ sáng.
+ Khi C1 nạp đầy cũng là lúc tín hiệu điện áp xi nhan ở mức LOW, tụ sẽ phóng điện từ bản cực (+)C1 -> R1-> R2 -> bản cực (-)C1 nên ta có, dòng tụ phóng qua R1 và R2 là iC1 = 12/(R1 + R2)= 4mA và điện áp UGS = 8V duy trì điện áp mở cho mosfet giúp đèn phụ vẫn sáng khi tín hiệu điện áp xi nhan ở mức LOW. Từ các số liệu trên ta có thể tính được giá trị điện dung của tụ thông qua điện áp đặt vào tụ, thời gian phóng và dòng điện phóng.
Ta có: Q = C.U; Q = i.t -> C.U = i.t -> C = i.t/U = (4.103. 1)/12 = 330uF (lấy t = 1s vì thời gian xung LOW của tín hiệu xi nhan khoảng 1s).
-> Chọn C1 = 25V 330uF hoặc 25V 470uF qua thử nghiệm đều được.
- Tính mosfet:
Vì đèn hỗ trợ chiếu sáng góc rẽ là 12V/35W -> iđèn = 35/12 ≈ 3A.
-> Chọn mosfet IRF 540 (IDmax = 23A khi VGS = 10V ở t = 250C) đảm bảo đủ bền và ít phát sinh nhiệt cho mosfet.
- Tính D1:
Do dòng qua R1 dao động khoảng 4†12mA -> chọn D1 có mã linh kiện BAX13(50V 75mA)
b. Mạch tự động điều chỉnh cƣờng độ sáng của đèn
- Để xây dựng mạch điện điều khiển cường độ sáng của đèn theo độ rộng xung PWM nhằm tiết kiệm điện hay tiết kiệm nhiên liệu, ta phải dùng quang trở để đo cường độ ánh sáng của xe chạy ngược chiếu hoặc của đèn đường chiếu vào kết hợp với các linh kiện khác. Có nhiều linh kiện trong điện tử điều chế được độ rộng xung như IC 555 , IC 741 … nhưng các linh kiện trên có nhược điểm là không điều chỉnh
được độ rộng xung PWM biến đổi tự động trong khoảng (0% † 100%) theo cường độ ánh sáng chiếu vào quang trở, hơn nữa việc tính toán, lựa chọn các linh kiện trong mạch cũng mất nhiều thời gian và hiệu quả không cao. Phương án tối ưu trong trường hợp này là ta dùng vi điều khiển. Ở đây ta dùng vi điều khiển Atmega16 của hãng ATmel. Sơ đồ mạch tự động điều chỉnh cường độ sáng của đèn như sau:
Hình 2.11 Mạch tự động điều chỉnh cường độ sáng của đèn
Mạch bao gồm: nguồn ắc quy 12VDC, ổn áp 7805, quang trở, vi điều khiển ATmega 16, mosfet IRF 540, các điện trở và bóng pha cốt.
Để tính toán giá trị các linh kiện trong mạch ta thực hiện như sau:
- Tính quang trở LDR:
Có nhiều loại quang trở với dải điện trở khác nhau(200k, 100k, 50k) ở đây ta chọn quang trở 200K để có khoảng điện trở thay đổi rộng theo cường độ ánh sáng chiếu vào.
- Tính R5 và R6:
+ Chọn R5 = 10k để hạn chế dòng mở của mosfet do mosfet mở bằng tín hiệu điện áp.
+ Chọn R6 = 10k để lấy tín hiệu điện áp vào chân ADC0 của vi điều khiển, đồng thời hạn chế dòng qua R6 ra mát không cần thiết. Giá trị của R6(10k) so với giá trị
max của quang trở(200k) là tương đối nhỏ nên cho ta tín hiệu điện áp thay đổi tại chân ADC0 là khá mịn.
Như vậy, nếu quang trở có giá trị thay đổi từ 0 † 200kΩ thì giá trị điện áp tại chân ADC0 thay đổi trong khoảng: 0,24 ÷ 5V thông qua phép tính sau.
+ Khi RLDR1 = 200kΩ -> i = 5/(200000 + 10000) A -> ULDR1 = i.RLDR = 5.200000/(200000 + 10000) = 4,76V -> UADC0 = 5 - 4,76 = 0,24V + Khi RLDR1 = 0kΩ -> i = 5/(10000) A -> ULDR1 = i.RLDR = 0V -> UADC0 = 5 - 0 = 5V - Tính ổn áp 5V:
Do dòng qua quang trở và cung cấp cho Atmega 16 không lớn nên ta dùng ổn áp 7805 để chuyển điện áp ắc quy 12VDC sang 5VDC cung cấp cho quang trở và nguồn cho ATmega16.
- Tính mosfet:
Vì đèn pha cốt là 12V/35W -> iđèn = 35/12 ≈ 3A.
-> Chọn mosfet IRF 540 (IDmax = 23A khi VGS = 10V ở t = 250C) đảm bảo đủ bền và ít phát sinh nhiệt cho mosfet.
Từ 2 mạch trên ta xây dựng được sơ đồ nguyên lý mạch tổng thể hệ thống đèn pha tích cực trên xe như sau:
A B C D E G F K J I H
L Bộ điều khiển đèn pha M
Hình 2.12 Sơ đồ nguyên lý hệ thống đèn pha tích cực cho xe máy
Với các điểm (A, B, C, D, E, F, G, H, I, J, K, L, M) là các điểm đánh dấu để thực hiện việc đấu nối bộ điều khiển đèn pha tích cực vào mạch điện nguyên bản của xe.
So với sơ đồ nguyên bản của xe, công tắc đèn cấp điện trực tiếp cho công tắc pha cốt và bóng pha cốt do dòng qua công tắc chỉ khoảng 3A. Với việc lắp thêm 2 bóng đèn phụ ở chóa đèn nên để đảm bảo an toàn cho công tắc đèn không bị cháy rỗ ta phải lắp thêm rơ le đèn (trong mạch ta sử dụng rơ le 4 chân 12VDC 20A). Lúc này công tắc đèn chỉ đóng vai trò điều khiển rơ le đèn, khi bật công tắc đèn thì rơ le đèn đóng, cấp nguồn cho 2 bóng đèn phụ, công tắc pha cốt và mạch điều khiển đèn(các điểm B, C, D, E).
Từ công tắc xi nhan cấp cho 2 bên trái, phải ta trích tương ứng dây cung cấp tín hiệu điều khiển 2 đèn phụ thông qua 2 điểm I và J.
các giắc J1, J2, J3 có các chân tương ứng với các điểm nối trên sơ đồ nguyên lý hệ thốngđèn pha tích cực cho xe máy.
Hình 2.13 Sơ đồ mạch điều khiển đèn pha tích cực cho xe máy
Như vậy, từ sơ đồ nguyên lý hệ thống đèn pha tích cực cho xe máy và sơ đồ mạch điện nguyên bản của xe ta thấy: để cải tiến mạch điện hệ thống đèn pha thường của xe thành mạch điện hệ thống đèn pha tích cực ta cần làm các công việc sau.
- Ngắt bỏ dây vàng nối vào công tắc đèn và nối thay vào đó là dây sau khóa điện(R/Bl) điểm F-> lấy nguồn công tắc đèn từ ắc quy.
- Nối dây Bu/W của công tắc đèn(dây cấp nguồn cho công tắc pha cốt) -> điểm G, cấp nguồn (+) cho cuộn khiển rơ le đèn.
- Nối (-) Ac quy cho cuộn khiển rơ le đèn(điểm H).
- Nối dây từ (+) Ac quy cấp nguồn cho tiếp điểm rơ le đèn(điểm A).
- Nối dây tiếp điểm còn lại của rơ le đèn cho các dây cấp nguồn (+) cho 2 bóng đèn phụ(điểm K, L), công tắc pha cốt (điểm E) và mạch điều khiển (điểm D).
- Từ hai dây tín hiệu của công tắc đèn báo rẽ (các điểm I, J) ta nối thêm hai dây vào các điểm I, J của bộ điều khiển đèn pha tích cực-> để cấp tín hiệu điều khiển.
J
I K L
H D M
Hình 2.1 4 Sơ đồ các đi ểm đấu n ối dây t rên xe Airblade nguyê n bản
Hình 2.15 Mạch mô phỏng tự động điều chỉnh cường độ sáng của đèn bằng PWM
- Nối hai dây còn lại của hai đèn góc rẽ trái và góc rẽ phải với các chân K, L của bộ điều khiển đèn pha tích cực.
- Nối dây nguồn (+) sau rơ le đèn cấp cho chân D bộ điều khiển đèn.
- Ngắt dây mát chung của bóng pha cốt, đấu dây chung này vào chân M của bộ điều khiển.
- Nối (-) Ac quy cho bộ điều khiển đèn pha tích cực (điểm H).